[發明專利]一種快開關與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源

在審

• 申請號: 201210288546.2
• 申請日: 2012-08-15
• 公開（公告）號: CN102931948A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 樊亞軍;鄭磊;關錦清;朱四桃;周金山;劉鋒;萬可友;王俊杰
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H03K3/02
• 分類號: H03K3/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

所屬技術領域

本發明涉及一種快開關與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源，實現了高壓亞納秒脈沖源結構的緊湊和輸出脈沖形狀的改變，在匹配負載上得到了近似矩形的高功率亞納秒脈沖輸出，屬于脈沖功率技術領域。

背景技術

20世紀60年代，英國的J.C.Martin把A.D.Blumlein在雷達脈沖調制器上的雙傳輸線技術用在脈沖功率技術中，成功地研制出世界上第一臺高壓納秒脈沖源，開創了脈沖功率技術的新紀元。人們把這種雙傳輸線稱為Blumlein線，與單傳輸線相比其優點是在阻抗完全匹配條件下，輸出電壓等于充電電壓，負載獲得的能量提高了一倍，故又稱倍壓傳輸線。

同軸Blumlein線在高壓亞納秒脈沖源中應用廣泛，主要用于脈沖的形成。參閱圖1，現有的Blumlein型高壓亞納秒脈沖源，包括主脈沖開關、Blumlein線、快開關、傳輸線及匹配負載。所述Blumlein線部分為雙筒線結構；主脈沖開關1結構為自擊穿式高壓氣體多通道火花隙開關，開關的導通時間在納秒量級，位于Blumlein線一端的外筒和中筒之間，可實現開關間隙的外部調節，從而控制主脈沖的幅度；Blumlein線的內筒通過過渡結構與傳輸線連接，在傳輸線一端的內導體之間形成自擊穿式高壓氣體火花隙開關，即快開關5；傳輸線的另一端與匹配負載6連接；匹配負載6用于吸收脈沖源產生的高功率亞納秒脈沖。快開關5是亞納秒氣體開關，其特點是短間隙、高氣壓、快速脈沖輸入，實現在200%～300%過電壓下自擊穿，擊穿時氣體間隙電場可高達幾MV/cm，因此開關閉合非常快，輸出脈沖的上升時間達到幾百ps甚至幾十ps，可實現對納秒脈沖的整形：前沿抖化或后沿截斷，形成高壓亞納秒脈沖。主脈沖絕緣隔板2用于Blumlein線部分中筒的支撐和絕緣；絕緣隔板4用于Blumlein線部分內、外筒支撐和絕緣；快開關5的兩端均有快開關隔板；所述兩快開關隔板與主脈沖絕緣隔板2，將高壓亞納秒脈沖源內腔依次分隔為氣腔、液腔、氣腔三部分。因此，所述兩快開關隔板與主脈沖絕緣隔板2的內、外徑方向均采用徑向密封結構，以產生氣、液隔離。

如上所述，對于現有的Blumlein型高壓亞納秒脈沖源來說，其存在的缺點是：（1）Blumlein線和快開關5兩者之間需要通過一段過渡結構進行連接，使得脈沖源的體積增大；（2）主脈沖開關絕緣隔板2需要承受幾Mpa氣體壓力，要求主脈沖開關絕緣隔板2具有良好的絕緣性能和機械性能；（3）Blumlein線輸出脈沖的形狀與主脈沖開關1有很大關系，為了得到接近理想的矩形脈沖對主脈沖開關1要求是：開關上升時間短，電感小，但現有主脈沖開關1的結構本身決定了脈沖源輸出波形的形狀為類高斯脈沖，其應用受到了限制。

發明內容

為解決現有Blumlein型高壓亞納秒脈沖源體積大、輸出脈沖的形狀為類高斯脈沖的問題，本發明提出了一種快開關與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源。

本發明的技術方案是：一種快開關與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源，包括主脈沖開關、Blumlein線、快開關、傳輸線和匹配負載；所述Blumlein線部分為雙筒線結構，主脈沖開關1結構為自擊穿式高壓氣體多通道火花隙開關，位于Blumlein線一端的外筒和中筒之間；Blumlein線的內筒輸出端與傳輸線的內導體一端形成自擊穿式高壓氣體火花隙開關，即快開關5；所述快開關5位于Blumlein線部分內部；傳輸線的另一端與匹配負載6連接；主脈沖絕緣隔板2用于Blumlein線部分中筒的支撐和絕緣；Blumlein線內筒的絕緣隔板4和傳輸線內導體端部的支撐絕緣板作為快開關隔板；所述的支撐絕緣板與主脈沖絕緣隔板2、絕緣隔板4將高壓亞納秒脈沖源內腔依次分隔為氣腔、液腔、氣腔三部分。因此，所述的支撐絕緣板與主脈沖絕緣隔板2、絕緣隔板4的內、外徑方向均采用徑向密封結構，以產生氣、液隔離。

本發明的有益效果是：在傳統Blumlein型高壓亞納秒脈沖源的基礎上，將快開關5由脈沖源傳輸線內部移至Blumlein線部分的輸出端，減小了脈沖源的體積，結構變得更加緊湊；同時快開關5內部氣壓與主脈沖開關1內部氣壓相當，當脈沖源內部壓力平衡時可減小主脈沖開關絕緣隔板2、絕緣隔板4的壓力形變，提高了脈沖源的可靠性；最后脈沖源輸出脈沖的形狀得到了改變，在匹配負載上得到了近似矩形的高功率亞納秒脈沖輸出。

附圖說明

圖1是現有技術中傳統Blumlein型高壓亞納秒脈沖源結構示意圖

圖2是本發明提出的快開關與Blumlein線一體化的高壓亞納秒脈沖源結構示意圖